人工濕地生態系統在廢水處理中的功能與應用

　　隨著社會經濟的發展，人口數量的劇增，各種污染也相應增加。其中水污染（工業廢水、生活污水、農業面源污水）最為嚴重，據有關資料顯示，我國已有85%的江河湖泊受到不同程度的污染，僅1994年全國城市廢水排放量高達360億噸，其中80%廢水未經處理直接排入江河湖泊。進入21世紀以來，人們更注重生活質量的提高，無論是政府還是個人都認識到水污染問題的嚴重性，這就需要找到一條解決該問題的有效途徑。

　　一、人工濕地在廢水處理中的應用

　　人工濕地是近三十年來發展起來的一種廢水處理新技術。1974年，自前西德首先建造人工濕地以來，該技術在美國、加拿大及歐洲一些發達國家得到迅速發展。我國人工濕地的研究起步較晚，于1990年7月在深圳建起我國第一個人工濕地污水處理工程白泥坑人工濕地污水處理系統。

　　目前，可以利用人工濕地處理各種類型的廢水(Moshiri, 1993; Kadlec and Knight, 1996; Vymazal et al., 1998)，例如日常生活污水(Cooper et al.,1997; Schreijer et al.,1997)、采礦廢水(Kleinmann and Girts,1987; Brodie et al.,1989; Howard et al.,1989; Wenerick et al.,1989) 、農業污水(Dubowry and Reaves,1994; Rivera et al.,1997)、垃圾滲出液(Dombush,1989; Trantman et al.,1989) 、富營養水體(DAngelo and Reddy,1994)。而人工濕地之所以被廣泛地應用于廢水處理，主要有三個原因：

　　(1)它能夠利用基質-微生物一植物這個復合生態系統的物理、化學和生物的三重協調作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、微生物同化分解和植物吸收等途徑去除廢水中的懸浮物、有機物、氮、磷和重金屬等，來實現對污水的高效凈化，同時通過營養物質和水分的生物地球化學循環，促進綠色植物生長并使其增產，實現廢水的資源化與無害化。

　　(2)它具有投資低(150～800元/噸)、耗能少、操作簡單、運行成本低廉(0.1～0.2元/噸)的特點，因此有較高的經濟效益(其基建和運行費用僅為傳統二級處理的1/l0～1／2，胡康萍等，1991)。

　　(3)它作為一個生態系統，能維持生物多樣性及構成景觀的一部分，在去除污染物的同時，具有美化環境的功能，因此有較高的生態效益。

　　二、濕地的定義與人工濕地的構建

　　由于濕地種類繁多、分布廣泛，而且不同濕地之間差異也較大，因此很難給濕地下一個明確的定義。1994年的《中國濕地生態環境保護規劃》會議上對濕地的解釋是：處于陸地與水域的交匯處，水位接近或處于地表面，或有淺層積水，一般以低水位時水深2米處為界，并具有以下特征：(1)至少周期性的以水生、濕生植物為植物優勢種；(2)低層土主要是濕生土壤；(3)在每年的生長季節底層土被水淹沒4個月以上。

　　人工濕地是把選定的填料(如沙礫) 按一定的坡度填在一定長寬比及底面坡降的淺池內或低洼地中，在填料表層土壤中種植一些處理性能好、成活率高、生長周期長、根系發達、美觀及具有經濟價值的水生植物(如水葫蘆、菹草、蘆葦等)，構成一個濕地生態系統。

　　三、人工濕地的類型

　　在廢水處理中，主要應用兩種類型，即表層流人工濕地（廢水水平流動，通過濕地而沉淀）和滲漏人工濕地（廢水垂直流入，經滲透沉積后排水去除），它們具有不同的作用，可以根據需要選擇。

　　目前，美國、澳大利亞、日本、英國、荷蘭、德國等國家已廣泛應用表層流人工濕地來處理廢水。廢水從它表面流過，一般有一個或幾個填料床組成，床底填有基質，并有防漏層來阻止廢水滲入地下而污染地下水，在系統中種植一些水生植物如水葫蘆、蘆葦、菹草等，廢水經常同表層水流相混合，在濕地內流動，持續時間一般為10天左右。這種類型的濕地，對生化需氧量（BOD）、化學需氧量（COD）、懸浮物等指標的去除率高于滲漏人工濕地。滲漏人工濕地使污水從濕地表面縱向流入填料床的底部，床體處于不飽和狀態，氧可通過大氣擴散和植物傳輸進入人工濕地系統。垂直潛流人工濕地的硝化能力高于水平潛流濕地，可用于處理氨氮含量較高的污水，但其缺點是對有機物的去除能力不如表層流人工濕地。

　　四、人工濕地處理廢水的效果

　　隨著研究的發展，對濕地去污能力的研究不再停留在定性上，而是更注重定量的研究。其中一個反映濕地去污能力的重要數據庫是NADB（North American Data Base）,它是通過對100多個廢水處理型濕地的調查研究而建立（Knight et al.,1992）。該數據庫說明濕地對BOD、COD的去除率可達80～90%，但對氮、磷的去除率相對較低，而且變化也較大，一般在50%左右。J.T.A.Verhoeven和A.F.M.Meuleman（1999）通過對滲漏濕地十年的研究，也得出了反應濕地去污能力的一些數據。從實踐的角度來說，人工濕地的去污能力會更強。因為它們的目的性更明確，而且可在最大程度上受人為控制。在歐洲和美國，凡是投入運行并達到成熟的人工濕地，基本上都能達到尾水排放標準。

　　五、前景展望與實踐應用

　　從人工濕地成功的應用實例可以看出，它是一種正在得到不斷研究、應用的廢水處理技術。盡管運用人工濕地來處理工業廢水、日常生活污水、農業廢水等方面的研究已有三四十年的歷史，但是迄今為止應用人工濕地處理養殖廢水的研究卻只有510年的時間，而且具體的研究事例也尚未多見（R. L. Knight et al., 2000）。所以在現階段我們的研究主要是應用人工濕地來凈化蛋鴨養殖過程中所產生的污水（見圖3）。本研究以德清縣利虹禽業有限公司的蛋鴨養殖場(見圖4)為基地，該蛋鴨養殖場是浙江省較大的蛋鴨養殖場，占地面積達80畝，全年飼養蛋鴨、種鴨10萬只。養殖場采用循環水人工池，鴨場水清鴨壯，病害少。但到夏天，特別是高溫季節，排水量增加，過多過肥的池水又造成了水田肥害，河水的富營養化。因此，我們通過構建人工濕地來凈化這些富營養水體，并要進行長期的實驗來說明濕地的去污能力。

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